Đồng hồ nước thời cổ đại

Ngày nay, chúng ta chỉ cần liếc nhìn đồng hồ đeo tay, đồng hồ treo tường hoặc điện thoại di động là có thể biết chính xác thời gian, thậm chí đến từng phút và giây. Trước khi các thiết bị đo thời gian hiện đại như vậy ra đời, việc theo dõi thời gian được thực hiện theo cách thức hoàn toàn khác.

Thời xa xưa, người ta thường sử dụng đồng hồ Mặt trời. Tuy nhiên, phương pháp đo thời gian này có những hạn chế. Đồng hồ chỉ hoạt động khi có ánh sáng Mặt trời, do đó vào ban đêm hoặc khi trời nhiều mây, đồng hồ không thể hoạt động, dẫn đến việc theo dõi thời gian bị gián đoạn.

Để khắc phục các nhược điểm trên, người cổ đại đã sáng chế ra đồng hồ nước. Mặc dù không ai biết rõ chiếc đồng hồ nước đầu tiên được tạo ra ở đâu và khi nào, nhưng mẫu vật cổ xưa nhất có niên đại trong khoảng thời gian Pharaoh Amenhotep III cai trị Ai Cập.

Trong thế giới cổ đại có hai dạng đồng hồ nước - dòng nước chảy ra hoặc dòng nước chảy vào. Đối với loại đồng hồ đầu tiên có dòng nước chảy ra, bên trong thùng chứa có các vạch đo. Khi thùng chứa đầy nước, dòng nước chảy ra ngoài với một tốc độ ổn định. Những người quan sát có thể nhận biết thời gian bằng cách đo sự thay đổi mực nước.

Đồng hồ nước chảy vào hoạt động theo nguyên tắc tương tự như đồng hồ nước chảy ra, nghĩa là nước nhỏ giọt đều đặn. Điểm khác biệt là các vạch đo nằm ở thùng chứa thứ hai. Dựa vào lượng nước nhỏ giọt từ thùng chứa thứ nhất, người ta có thể xác định thời gian đã trôi qua bao lâu.

Đồng hồ nước tại Ai Cập cổ đại

Các ghi chép lâu đời nhất về đồng hồ nước xuất hiện trên bia mộ của một vị quan Ai Cập tên là Amenemhet, có niên đại vào thế kỷ 16 trước Công nguyên.

Trong đền thờ Amen-Re ở Ai Cập, các nhà khảo cổ đã tìm thấy bằng chứng vật lý đầu tiên về một chiếc đồng hồ nước có niên đại từ năm 1417 đến năm 1379 trước Công nguyên, trong thời gian cai trị của Pharaoh Amenhotep III.

Chiếc đồng hồ nước này làm từ thạch cao đã vỡ ra thành nhiều mảnh. Thiết kế của nó giống như một chiếc bình hoa lớn, có các hình vẽ đặc biệt được sắp xếp theo ba hàng ngang ở phía bên ngoài, cùng với một họa tiết miêu tả Pharaoh Amenhotep III.

Phía bên trong chiếc bình có 11 vạch được chạm khắc cách đều nhau. Khi đổ đầy nước, các vạch sẽ ngăn cách chiếc bình thành 12 lớp nước khác nhau, đại diện cho các giờ trong đêm. Nước chảy nhỏ giọt qua một lỗ nhỏ nằm ở giữa đáy. Để xem giờ, người Ai Cập sẽ nhìn vào bên trong bình, quan sát mực nước và xác định thời gian dựa trên vạch đánh dấu gần nhất với mực nước.

Đồng hồ nước ở Hy Lạp cổ đại

Khoảng năm 325 trước Công nguyên, người Hy Lạp bắt đầu sử dụng đồng hồ nước. Họ gọi thiết bị này là “clepsydra”. Cấu tạo của đồng hồ bao gồm bình chứa nước, phao nổi, hệ thống bánh răng và các cơ chế phức tạp khác giúp điều khiển kim giờ theo mực nước một cách chính xác.

Một trong những ứng dụng của đồng hồ nước tại Hy Lạp cổ đại là tính thời gian cho các bài phát biểu, đặc biệt là các bài phát biểu ở tòa án. Một số nguồn tài liệu từ người dân sống tại thành phố Athens cho biết đồng hồ nước từng được sử dụng trong bài phát biểu của nhiều người Hy Lạp nổi tiếng bao gồm Aristotle, nhà viết kịch Aristophanes và chính khách Demosthenes. Ngoài việc tính giờ cho bài phát biểu của họ, đồng hồ nước còn giúp ngăn chặn các bài phát biểu kéo dài quá lâu. Tùy thuộc vào loại bài phát biểu hoặc phiên tòa đang diễn ra, người ta sẽ đổ lượng nước khác nhau vào bình chứa.

Tuy nhiên, đồng hồ nước của người Hy Lạp cổ đại cũng tồn tại nhiều nhược điểm. Thứ nhất, cần phải có áp lực nước không đổi để duy trì lưu lượng nước chảy ra với tốc độ không đổi. Để giải quyết vấn đề này, người Hy Lạp cung cấp nước cho đồng hồ từ một bể chứa lớn, nơi mực nước luôn giữ ở mức ổn định.

Hiện tại, chúng ta có thể chiêm ngưỡng thiết kế đồng hồ nước của người Hy Lạp cổ đại bên trong “Tháp gió” – một công trình kiến trúc làm bằng đá cẩm thạch do nhà thiên văn học Andronikos xây dựng ở Athens vào thế kỷ 1 trước Công nguyên. Tòa tháp này có nhiều công dụng, bao gồm đo đạc thời gian và xác định hướng gió thông qua một cánh gió thời tiết (weather vane) làm bằng đồng đặt ở trên đỉnh của công trình.

Tòa tháp có cấu trúc hình bát giác, cao 12,8m và đường kính 7,9m. Tám mặt của tòa tháp được trang trí bằng những bức phù điêu tinh xảo mô tả tám vị thần gió của người Hy Lạp cổ đại bao gồm Boreas (Bắc), Kaikias (Đông Bắc), Eurus (Đông), Apeliotes (Đông Nam), Notus (Nam), Lips (Tây Nam), Zephyrus (Tây) và Skiron (Tây Bắc).

Bên dưới các bức phù điêu là đồng hồ Mặt trời. Bên trong tháp có chứa một hệ thống đồng hồ nước tinh vi, sử dụng dòng chảy của nước để đo thời gian. Đây là giải pháp hữu hiệu cho những ngày nhiều mây hoặc đêm tối, khi đồng hồ Mặt trời không thể sử dụng.

Hiệu chỉnh đồng hồ nước theo mùa

Một vấn đề khác với đồng hồ nước là do độ dài ngày và đêm thay đổi theo mùa nên đồng hồ cần phải được hiệu chỉnh mỗi tháng.

Người xưa đã nghĩ ra một số giải pháp để khắc phục vấn đề này. Họ sử dụng một đĩa có 365 lỗ với kích thước khác nhau nhằm điều chỉnh lưu lượng nước chảy. Mỗi lỗ sẽ tương ứng với một ngày khác nhau trong năm. Lỗ lớn nhất tương ứng với ngày đông chí vì ngày đó ngắn nhất trong năm, trong khi lỗ nhỏ nhất tương ứng với ngày hạ chí, ngày dài nhất trong năm. Hai lỗ này nằm ở hai đầu đối diện của đĩa, và các lỗ khác được sắp xếp ở giữa chúng theo kích thước tăng dần hoặc giảm dần. Người ta sẽ xoay đĩa sang một lỗ mới vào cuối mỗi ngày.


Mặc dù nguyên lý hoạt động của đồng hồ nước tương đối đơn giản, nhưng người xưa đã phải đối mặt với một số thách thức liên quan đến yếu tố vật lý như áp suất của nước và sự thay đổi của các mùa, khiến đồng hồ nước ngày càng trở nên phức tạp hơn theo thời gian.

Cùng với sự ra đời của đồng hồ cơ học và đồng hồ điện tử, đồng hồ nước dần trở nên lỗi thời. Ngày nay, với sự trợ giúp của các thiết bị hiện đại, việc theo dõi thời gian trở nên khá dễ dàng. Điều này cho thấy chúng ta đã có những bước tiến đáng kể trong lĩnh vực đo lường thời gian so với quá khứ.